基于可靠性状态监控现行大型电机的监控与管理

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1、现行大型电机的监控与管理现行大型电机的监控与管理 基于可靠性的状态监基于可靠性的状态监控控Condition monitoring for reliability.交交流流电电源源Process Mechanical and Electrical Feedback电机驱动系统电机驱动系统机械系统机械系统1200 rpmv 全美电机系统消耗了全美电机系统消耗了19%的总能源，的总能源，57%的的电力能源；电力能源；v 在制造业，电机消耗了在制造业，电机消耗了70%以上的电能；以上的电能；v 在过程工业，电机消耗在过程工业，电机消耗的电能占全厂的电能占全厂90%以上。以上。94%3%1% 2%停产

2、损失能源消耗电机寿命降低常规消耗每年度成本核算中，附加消耗分布为停产损失每年度成本核算中，附加消耗分布为停产损失93.6%，附加能量消耗，附加能量消耗3.1%，电机寿命降低，电机寿命降低1.2%，常规消耗，常规消耗2.1% 。EPRI的报告的报告When A Plant Had An Unplanned Shut Down领导不断接到各种报告生产经理开始大叫!生产人员无休止的加班，疲惫不堪维修人员束手无策财务总监.你的客户?别理它别理它!YESNOYES你可真笨你可真笨!NO你得负责你得负责处理吗处理吗?NO置之不理置之不理有人有人知道吗知道吗?你麻烦了你麻烦了!YESYESNO掩藏住！掩藏住

3、！能捂住能捂住别人的眼睛别人的眼睛吗吗?NO没问题没问题!Yes电机在工作吗电机在工作吗?是你弄坏是你弄坏的吗的吗? Reactive (Break-Down) Maintenance Preventive Maintenance (PM) Predictive Maintenance (PdM) Proactive Maintenance (PAM)Reactive (Break-Down) Maintenance“任其损坏任其损坏”优点：优点： 不必投资在状态监测上不必投资在状态监测上 不会出现过度维修不会出现过度维修 适用于少数非重点设备适用于少数非重点设备缺点：缺点： 无法预测事故停机

4、无法预测事故停机 产生设备二次损坏及灾难性后果产生设备二次损坏及灾难性后果 生产损失生产损失 高额维修费用高额维修费用 管理失控管理失控急诊室急诊室木材加工$7,000食品工业$30,000石化$87,000冶金$100,000汽车$200,000包括产量损失与人工费用2001年年8月月16日安装在线监控系统日安装在线监控系统2001年年8月月21日日TC1轴承失效轴承失效 (已使用已使用10,000 小时小时)事后维修的代价事后维修的代价在线系统安装后，在线系统安装后，TC1即处于红区，即处于红区， TC2、 TC3处于绿区；处于绿区；轴承冲击脉冲值开始时为轴承冲击脉冲值开始时为 88 dB

5、sv (报警极限为报警极限为 85 dBsv) 失失效时为效时为 96 dBsv. 在海上更换轴承，耽搁时间在海上更换轴承，耽搁时间二次损伤，造成叶片和迷宫密封损伤二次损伤，造成叶片和迷宫密封损伤 (价值价值$180,000)到达港口后，更换整个轴系，浪费时间到达港口后，更换整个轴系，浪费时间 Preventive Maintenance“定期体检定期体检”优点：优点： 维修以可控制的方式在方便的时间进行维修以可控制的方式在方便的时间进行 减少意外事故，有效避免灾难性事故减少意外事故，有效避免灾难性事故 可更好的控制备件，节约资金可更好的控制备件，节约资金缺点：缺点： 状态良好的设备也被频繁检

6、修（维修过盛）状态良好的设备也被频繁检修（维修过盛） 维修导致的损伤可能大于维修的益处维修导致的损伤可能大于维修的益处 仍存在计划外故障停机仍存在计划外故障停机 没有针对不同设备进行优化与寿命分析没有针对不同设备进行优化与寿命分析体检室体检室PTime调试磨合期调试磨合期平稳运行期平稳运行期老化期老化期Why condition monitoring? 提高生产能力提高生产能力 Increased production pace 运行在收支平衡之上运行在收支平衡之上 Ongoing “cost shavings” 生产中断不可容忍生产中断不可容忍 Production disruptions

7、are economically intolerable 世界级的生产运营需要可靠性维护世界级的生产运营需要可靠性维护 World Class Performance requires reliable productionManagement Strategies Utilizing existing machinery 合理利用现有设备合理利用现有设备 (New machines or existing? 购置新设备还是利用现有设备购置新设备还是利用现有设备) Increase Speed 增加生产速度增加生产速度 Improve Quality 提高质量提高质量 Increase Ava

8、ilability 增加有效生产时间增加有效生产时间 Lower the costs 降低成本降低成本(Energy, raw material, personell costs, etc.)Todays Situation 维修部门从单纯的维修，逐渐转变成为确保企业维修部门从单纯的维修，逐渐转变成为确保企业生产能力的高级职能单元生产能力的高级职能单元 维修费用占企业生产总成本的维修费用占企业生产总成本的 4%到到14% 维修费用所占比例大于企业利润率维修费用所占比例大于企业利润率 故障停机异常昂贵，远远超过维修费用故障停机异常昂贵，远远超过维修费用Impact of Condition Ba

9、sed Maintenance 能耗 实验费用 安全成本 工作环境改善 环保要求 人员工资 实验 等等+%Potentialrevenue 时间损失 质量损失 速度损失OPE. Overall Performance EffectivenessMax.Prod.速度损失速度损失质量损失质量损失不可得时间不可得时间OPELoss of contribution.Overall Performance Effectiveness100 h90 hA = 0.9 (时间因子)90 ton/h81 ton/hP = 0.9 (速度因子)81 ton73 tonQ = 0.9 (品质因子)OPE = 0

10、.9 x 0.9 x 0.9 = 0.73 x 100% = 73%The hidden possibilityPredictive Maintenance“没有故障就不修没有故障就不修”优点：优点： 减少意外停机减少意外停机 仅在需要时购买和使用所需备件仅在需要时购买和使用所需备件 只需在适当时候进行维修只需在适当时候进行维修缺点：缺点： 监测仪器、系统、服务、人员花费监测仪器、系统、服务、人员花费 不能延长设备寿命不能延长设备寿命监测室监测室泵泵 (101 )电机电机 (83)风机风机 (26)53 +/- 1594 +/- 24113 +/- 60Variation with confi

11、dence level of 95%.Prewarning time. Machines( no. of incidents)Days2001年年3月安装月安装2003年年1月更换月更换总运行时间总运行时间: 22 个月个月新轴承新轴承新轴承新轴承预测维修经济效益评估预测维修经济效益评估VTR 714轴承每套 USD 20,000 to 25,000VTR 714轴系每套 USD 120,000 to 150,000更换轴承推荐时间为 10,000 小时 (16个月)17 条船，实行状态监测4 年轴承更换时间 由10,000小时提高到20,000(有些轴承达到 30,000 小时)总的价值：总

12、的价值：17 x 3 台涡轮增压器 x USD 20,000 = USD 1,020,000 没有包括节省时间与人工的效益及二次损伤费用没有包括节省时间与人工的效益及二次损伤费用状态监测的目的状态监测的目的保护系统保护系统保障运行，避免事故造成二保障运行，避免事故造成二次损伤次损伤预知维修预知维修提前预警，减少非计划停机提前预警，减少非计划停机事件事件故障诊断故障诊断指导维修进程，实施精密维指导维修进程，实施精密维修修根源分析根源分析有目的地提高设备可靠性有目的地提高设备可靠性振动超标振动超标应停机检修应停机检修设备预警健康寿命约8周，请在此期间安排维修更换电机驱动端轴承，非驱动端改善润滑，并

13、精密对中与轴承商商洽如何改善轴承品质维修部，李工维修部，李工可靠性部，王工可靠性部，王工Proactive Maintenance“查明根源，精确维修，一切基于可靠性查明根源，精确维修，一切基于可靠性”优点：优点： 设备寿命延长设备寿命延长 设备可靠性增加设备可靠性增加 更少的故障及二次损坏更少的故障及二次损坏 停机时间减少停机时间减少 总维护费用降低总维护费用降低缺点：缺点： 监测仪器、系统、服务、人员花费监测仪器、系统、服务、人员花费 要求特殊技能要求特殊技能 需要更多时间进行分析需要更多时间进行分析 全体员工改变观念全体员工改变观念 设计与改造设计与改造 设备与备件采购设备与备件采购 备

14、品备件库存保养备品备件库存保养 安装调试安装调试 操作与日常保养操作与日常保养 运行调度运行调度 维修维护维修维护80 %20 %Strategy for RCMInstrument for RCMBenefit from RCMSSAB Tunnplt 钢铁公司案例钢铁公司案例980105980428980807980826盅式退火炉盅式退火炉在线监控在线监控Run to BreakdownTime Based MaintenanceCondition Based MaintenanceNo. of incidents / year111Direct maintenance costs /

15、incident Material$8 714,00$8 714,00$1 742,00Labour cost$1 114,00$1 114,00$1 114,00Direct maintenance costs, total$9 828,00$9 828,00$2 856,00Production losses / incident$9 485,00$9 485,00Production losses / year$9 485,00$9 485,00$0,00Cost for secondary damage / incidentCost for secondary damage / inc

16、ident, total$0,00$0,00$0,00Economical Significance of Maintenance (ESM)$19 313,00$19 313,00$2 856,00Improvment potential / year.No of potential objects:1$16 457,00节省的费用节省的费用9299年共计年共计 = 215,000 $7 台 600 MW 火力发电机组2 台 12 MW 柴油发电机组 (备用)台湾麦寮电厂台湾麦寮电厂以前1998 SPM Introduction1998 CMS 用于涡轮增压机1999 便携式仪器A30-32

17、001 诊断服务现在 4 台 A30-3 整体监控点数 7600 点 远程监控 2100点 VCM + BMS 56点 MG4 to AMS to 软件 272点下一步6 台 Leonova远程监控 1445 点MG4 to AMS to PRO46 136 点 状态好 88%计划检修计划检修 11%报警报警 1%Date所有点所有点绿绿红红黄黄监控结果监控结果 2003 年年 5月月轴损坏 17%轴承故障 33%油污染50%故障根源分析故障根源分析严重事故严重事故缺油缺油 36%不平衡不平衡3%坏轴承坏轴承43%皮带故障皮带故障5%不对中不对中13%故障根源分析故障根源分析其它事故其它事故1

18、 x L10 x LTimeTotal Number of Bearing 2000 pcs28312052050100150200250300Total NoOf BearingReplacement010203Future Target2000 x1% = 20pcs (WCP)RMPMPdMPAMPdMPMRMPdMPMRMDIRECT PREVENTIVE MAINTENANCEPREDICTIVE MAINTENANCEIMPROVEMENT MAINTENANCEDowntime.CORRECTIVE MAINTENANCE 电压表电压表 安培表安培表 功率表功率表 数据采集器数据

19、采集器 电源质量分析仪电源质量分析仪 动态效率仪动态效率仪 动态电动态电信号信号分析（分析（ESA）动态电气测试动态电气测试 DET 红外分析红外分析 振动分析振动分析 超声诊断超声诊断动态机械测试动态机械测试 DMT 欧姆表欧姆表 / 毫欧表毫欧表 绝缘电阻计（绝缘电阻计（DA/PI） 高压绝缘测试仪高压绝缘测试仪 LCR 测试仪测试仪 浪涌测试仪浪涌测试仪 静态电路分析（静态电路分析（MCA）静态电气测试静态电气测试 SET 供电品质供电品质 谐波谐波 (电压、电流电压、电流) 过过/欠欠 电压电压 电压不平衡电压不平衡 功率因数功率因数 过载过载 测试方法测试方法 ESA 电压、电流计电

20、压、电流计 变压器故障变压器故障 绝缘不良绝缘不良 绕组短路绕组短路 接头松动接头松动 电器振动电器振动 测试方法测试方法 ESA MCA 红外分析红外分析 绝缘诊断绝缘诊断 超声诊断超声诊断控制与配电控制与配电 MCC/配电柜故障配电柜故障 接头松动接头松动 接触不良接触不良 线圈故障线圈故障 补偿电容失效补偿电容失效 测试方法测试方法 ESA MCA 红外红外 超声超声 电压电压/电流计电流计 欧姆表欧姆表 目视目视电缆电缆 电缆故障电缆故障 热保护热保护 污染污染 短路接地短路接地 断路断路 物理损伤物理损伤 测试方法测试方法 MCA ESA 红外红外 绝缘测试绝缘测试配电系统故障分布配

21、电系统故障分布导体负荷能力不足导体负荷能力不足(10%)供电电压不平衡供电电压不平衡(7%)电压偏差电压偏差(2%)电压不匹配电压不匹配(6%)功率因数不合格功率因数不合格(39%)接头问题接头问题(36%)电机电机 机械故障机械故障 轴承轴承 轴轴/轴承座轴承座 振动振动 测试方法测试方法 ESA 振动振动 红外红外 超声超声 电气故障电气故障 绕组短路绕组短路 绝缘不良绝缘不良 污染污染 转子故障转子故障 气隙气隙 测试方法测试方法 MCA ESA 振动振动 绝缘测试绝缘测试 耐压、冲击试验耐压、冲击试验 欧姆表欧姆表 电流电流/电压表电压表 超声超声 红外红外电机电机根据根据 EPRI的

22、报告：的报告： 电机故障的电机故障的 53%源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等；源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等； 47%源于电气原因；源于电气原因； 这其中，这其中，10%源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等；源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等； 37%源于定子绕组。源于定子绕组。 41%12%37%10%轴承故障对中问题定子故障（短路等）转子故障（断条等）24%17%20%1%5%10%12%5%6%过载过载潮湿潮湿润滑不良润滑不良化学污染化学污染粉尘颗粒粉尘颗粒单相运行单相运行轴承失效轴承失效绝缘老化绝缘老化其它其它1）阻抗不平衡导致的电机效率的降低）阻抗

23、不平衡导致的电机效率的降低0246810121416012345678% 阻抗不平衡阻抗不平衡%效效率率降降低低0.750.80.850.90.951012345% 阻抗不平衡阻抗不平衡功功率率因因数数降降低低2）阻抗不平衡导致功率因数的降低）阻抗不平衡导致功率因数的降低01020304050607080012345678%阻抗不平衡阻抗不平衡%电电机机损损耗耗增增加加3）阻抗不平衡导致电机损耗）阻抗不平衡导致电机损耗0102030405000.511.522.533.544.55%温温升升% 阻抗不平衡阻抗不平衡4）阻抗不平衡导致温度上升）阻抗不平衡导致温度上升5）附加的温升导致电机寿命的降

24、低）附加的温升导致电机寿命的降低 020406080100120051015202530% 温度升高温度升高%电电机机寿寿命命降降低低耦合耦合(对轮或皮带对轮或皮带) 故障故障 不对中不对中/不对正不对正 带带/键键 磨损磨损 张力不当张力不当 皮带轮磨损皮带轮磨损 测试方法测试方法 ESA 振动振动 红外红外负载负载 (风机风机, 泵泵, 压缩机压缩机, 齿轮箱齿轮箱, 等等) 负载故障负载故障 部件疲劳部件疲劳 (例如例如: 密封密封) 部件失效部件失效 (齿轮齿轮, 叶片等叶片等) 轴承失效轴承失效 测试方法测试方法 ESA 振动振动 红外红外 超声超声以下为电机状态监测的时间间隔，以月

25、为单位：以下为电机状态监测的时间间隔，以月为单位：电电机机类类别别 干干净净、干干燥燥 适适中中 脏脏、潮潮湿湿 三三相相非非重重要要电电机机 12个个月月 9 6 三三相相生生产产电电机机 6 6 3 三三相相关关键键电电机机 3 2 1 DC电电机机 6 6 3 变变压压器器 12 9 6 参参数数中中间间值值偏偏差差R1060+/-0.010Z46+/-1L9+/-1Phase Angle82+/-1相相平平衡衡所所有有结结果果1%表表 14：电电阻阻测测试试表表 15：阻阻抗抗测测试试号号码码T1-T2T1-T3T2-T3%偏偏差差号号码码T1-T2T1-T3T2-T3%偏偏差差11.

26、0621.0601.061.191464646021.0571.0581.057.092464646031.0581.0541.062.763454545041.0621.0561.055.664454545051.0601.0581.057.285464646061.0601.0591.058.1964545450表表 16：电电感感测测试试(mH)表表 17：相相角角测测试试号号码码T1-T2T1-T3T2-T3%偏偏差差号号码码T1-T2T1-T3T2-T3%偏偏差差19990182828202999028182821.239990382828204999048182821.259990582828206999068181821.21.0451.051.0551.061.0651.071.075Motor1Motor2Motor3Motor4Motor5Motor6T1-T2T1-T3T2-T3UCLLCLRMPMPdMPAMPdMPMRMPdMPMRM Planned maintenance CMWCPRCM尽力杜绝事故停机！领导生产经理生产技术人员维修部门财务总监.客户对提前交货十分满意!At your service . . .At your service . . .